Decagon on Saturn’s south pole (colour image)
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Decagon on Saturn’s south pole (single filter image)
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Hubble in free orbit
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内容提要
美国国家航天局(NASA)/欧洲航天局(ESA)的哈勃空间望远镜在土星南极发现了一个演化中的十边形大气波。这一发现标志着在土星南半球(southern hemisphere)首次观测到大型规则多边形急流(jet stream)模式,其与北极著名的六边形结构既有相似之处又存在显著差异。

原文全文译文

美国国家航天局(NASA)/欧洲航天局(ESA)的哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)最近的观测揭示了一个环绕土星(Saturn)南极(south pole)的巨大且不断演化的十边形大气波。这一发现标志着在土星南半球(southern hemisphere)首次观测到大型规则多边形急流(jet stream)模式。该特征看起来与土星北极著名的六边形非常相似,但也存在显著差异,这表明科学家可能正在见证这一标志性巨行星(giant planet)上一种新大气现象的形成。

通过拼凑自2023年以来的多年哈勃观测数据,研究人员在这一结构形成清晰的模式之前,就发现了其出现的细微迹象。这些观测是哈勃OPAL(带外行星大气遗产)计划的一部分,该计划十多年来每年都会对带外行星(outer planet)进行拍摄。

“我们在土星南半球从未见过类似的东西,”研究合著者、美国国家航天局(NASA)戈达德航天中心(Goddard Space Flight Center)的OPAL首席研究员Amy Simon表示,“北极的六边形在我们过去40多年的观测中一直存在。而这个特征则不同——它似乎正在增强,这为我们提供了一个难得的机会,去观察一个巨大大气模式的发展过程。”

这一发现之所以成为可能,是因为土星季节的变化逐渐使土星南极重新进入地球(Earth)的观测视野,敏锐的天文学家(astronomer)通过分析来自地基天文台(ground-based observatory)的土星图像,首次识别出了这一特征。

这项新研究的首席作者Agustín Sánchez-Lavega是西班牙巴斯克大学的研究员。该大学管理着一个名为“行星虚拟天文台实验室”的网站,接收来自世界各地观测者提供的太阳系(solar system)行星地基图像。正是通过这些图像,Agustín与天文爱好者(amateur astronomer)Trevor Barry和Jean-Paul Oger在2024年首次注意到南极沿线存在一个细微的波动带。2025年从地面拍摄的额外图像更强烈地暗示了这一十边形结构的存在。

这时,哈勃的观测发挥了作用。哈勃从太空的视角提供了无与伦比的图像清晰度和空间分辨率(spatial resolution),能够完整观测土星的自转,且不会受到地球大气层的模糊影响。

“考虑到土星南北急流系统的对称性,自1990年以来,我们一直在哈勃图像中寻找土星北极六边形在南极的对应物,”Agustín说,“卡西尼号土星探测器(Cassini spacecraft)在2004年至2017年间绕土星飞行,其图像也没有显示出任何长寿命结构的迹象。哈勃数据证实了该特征早在2023年就已存在。”

该波位于土星强大的急流之一内,并延伸穿过大气的多个层级,这表明它不仅仅是一个云层特征,而是一个垂直延伸的大气结构。由于哈勃在不同波长下拍摄图像,十边形的视位置(apparent position)会略有偏移。这些不同的波长探测的是土星大气中不同的高度。

“对我来说最有趣的部分是,它似乎是最近才形成的,”Amy说,“问题在于,为什么我们以前从未见过,而它现在却突然形成了?”

需要哈勃和美国国家航天局(NASA)/欧洲航天局(ESA)/加拿大航天局(CSA)韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope)进行进一步研究,并结合计算机模型(computer model)分析,以了解该十边形是如何形成的、它能持续多久,以及它与北极长寿命六边形的对比情况。

这一发现突显了哈勃最大的优势之一:其长期的运行时间使天文学家能够追踪太阳系行星和其他天体(astronomical object)随时间发生的变化。

OPAL计划不仅提供单一的快照,还允许科学家追踪季节性变化、监测短寿命风暴,并识别其他随时间缓慢演化的大气特征。

“当我们启动OPAL计划时,我们期待着引人注目的惊喜,但我们并不知道具体会期待什么,”研究合著者、加州大学伯克利分校的Mike Wong说,“我们从OPAL看到的许多发现不仅仅基于单次观测,而是基于多年积累的数据。长期的常规观测(regular observation)正在促成许多新的发现。”

研究团队计划继续观测土星,以确定该十边形是否会像北极六边形那样演变成一个长寿命、稳定的结构,还是会继续演化。未来的观测还可以帮助科学家确定是什么驱动了这种波,它揭示了整个太阳系巨行星的大气动力学,以及它们与我们在地球上所见现象之间的联系。

分类:观测设备 · 太阳系

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